【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本公開實(shí)施例涉及數(shù)字微流控芯片設(shè)計(jì)，尤其涉及一種有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法。
技術(shù)介紹
1、有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片（active-matrix?digital?microfluidicsbiochips，am-dmb）是一種新興的微流控系統(tǒng)操控方案，已成為微流控領(lǐng)域最主要的技術(shù)平臺(tái)之一。作為微流控技術(shù)發(fā)展的重要里程碑，am-dmb提供了一種高度靈活的液滴操控方式，能夠在二維平面上高精度地控制液滴的生成、分割、融合和運(yùn)輸。該技術(shù)已經(jīng)被證明在提高液滴操控的效率和精度方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。例如，在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域中，am-dmb被用于細(xì)胞培養(yǎng)、dna分析等多個(gè)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過程中，展現(xiàn)出了極大的潛力，有效克服了傳統(tǒng)微通道結(jié)構(gòu)所帶來的操作限制。尤其是在大規(guī)模陣列芯片中，基于電潤濕驅(qū)動(dòng)的液滴操控技術(shù)被廣泛應(yīng)用。
2、am-dmb通過在陣列電極上施加電壓來操控液滴，其核心是基于電潤濕現(xiàn)象建立液滴在芯片表面的移動(dòng)路徑。圖1展示了am-dmb的工作原理示意圖，在芯片的中央是一個(gè)256×256的像素陣列，控制電極在薄膜晶體管?(tft)?電路上形成，在芯片的周圍則是用來驅(qū)動(dòng)芯片的接口。通過這種電路結(jié)構(gòu)，每個(gè)像素單元可以獨(dú)立響應(yīng)控制信號(hào)，準(zhǔn)確執(zhí)行液滴的移動(dòng)操作。特別是當(dāng)多個(gè)液滴在同一個(gè)芯片上進(jìn)行同時(shí)操控時(shí)，芯片的獨(dú)立像素尋址機(jī)制能夠保證各個(gè)液滴的移動(dòng)互不干擾，極大提升了芯片實(shí)驗(yàn)室的操作效率。
3、不同于傳統(tǒng)的微流控芯片，am-dmb系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)微流控芯片擁有更高的液滴控制精度，同時(shí)能控制的液滴數(shù)目更多。
4、到目前為止，針對(duì)傳統(tǒng)的微流控芯片，已經(jīng)提出了多種方法來解決液滴布線問題。其中，提出了一種高性能液滴布線算法，優(yōu)先處理繞行能力更強(qiáng)的液滴以減少阻塞，并通過退讓策略解決死鎖問題。該方法雖然在復(fù)雜情況下提高了布線的容錯(cuò)性和效率，但對(duì)于更大規(guī)模的液滴系統(tǒng)及復(fù)雜的芯片設(shè)計(jì)，算法的實(shí)時(shí)性和運(yùn)行效率可能難以滿足要求。還提出了一種通過同步洗液滴與功能液滴布線來優(yōu)化液滴流路徑的算法，旨在減少布線時(shí)間并避免不同液滴之間的交叉污染。然而，該方法主要針對(duì)液滴交叉污染，未充分考慮液滴規(guī)模較大、布局范圍更廣的情況，且在更高的實(shí)時(shí)性要求下，效果可能受到限制。還提出了一種快速算法，專門用于微點(diǎn)陣生物芯片的液滴布線問題。該算法顯著縮短了計(jì)算時(shí)間，但其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在處理小規(guī)模芯片上，且依賴于液滴速度與形狀的關(guān)系。在面對(duì)更大規(guī)模的液滴和芯片時(shí)，該算法的性能和適應(yīng)性可能受到限制。還提出了一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的q學(xué)習(xí)技術(shù)，通過深度q網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化液滴布線，能夠有效避免障礙并減少不必要的路徑估計(jì)。然而，該方法在實(shí)時(shí)性要求較高的情況下，尤其是在大規(guī)模液滴和復(fù)雜環(huán)境的場景下，無法及時(shí)產(chǎn)生最佳解決方案，且強(qiáng)化學(xué)習(xí)的訓(xùn)練時(shí)間和收斂速度可能成為系統(tǒng)性能的瓶頸。因此，現(xiàn)有方法雖然在液滴布線方面取得了進(jìn)展，am-dmb系統(tǒng)的背景下，依然存在算法運(yùn)行效率不足、路徑規(guī)劃優(yōu)化有限等問題，無法直接運(yùn)用于該系統(tǒng)。
5、因此，有必要改善上述相關(guān)技術(shù)方案中存在的一個(gè)或者多個(gè)問題。
6、需要注意的是，本部分旨在為權(quán)利要求書中陳述的本公開的技術(shù)方案提供背景或上下文。此處的描述不因?yàn)榘ㄔ诒静糠种芯统姓J(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本公開實(shí)施例的目的在于提供一種有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，進(jìn)而至少在一定程度上克服由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺陷而導(dǎo)致的一個(gè)或者多個(gè)問題。
2、根據(jù)本公開實(shí)施例，提供一種有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，該方法包括：
3、獲取液滴集合的起始位置、所述液滴集合的終止位置、障礙物集合、最小間距約束和布線區(qū)域大小；
4、基于所述液滴集合的起始位置、所述液滴集合的終止位置、障礙物集合和最小間距約束，利用液滴間距調(diào)整算法得到液滴初始位置；
5、基于所述液滴初始位置和所述布線區(qū)域大小，利用液滴預(yù)設(shè)路徑搜索方法得到所有所述液滴的預(yù)設(shè)路徑；
6、基于所有所述液滴的預(yù)設(shè)路徑，利用并發(fā)布線算法得到液滴群布線結(jié)果。
7、進(jìn)一步的，獲取液滴集合的起始位置、所述液滴集合的終止位置、障礙物集合、最小間距約束和布線區(qū)域大小的步驟中，包括：
8、設(shè)定所述液滴集合為；
9、獲取各個(gè)所述液滴的起始位置和終止位置，以得到所述液滴集合的所述起始位置，所述液滴集合的所述終止位置；
10、獲取各個(gè)障礙物的位置，得到所述障礙物集合；
11、獲取所述最小的間距約束和所述布線區(qū)域大小。
12、進(jìn)一步的，該方法的約束包括：
13、移動(dòng)約束：每一個(gè)單位時(shí)間，每一個(gè)所述液滴至多移動(dòng)一個(gè)單位；
14、靜態(tài)間距約束：若任意的時(shí)刻t任意兩個(gè)液滴的位置是，則滿足：；
15、動(dòng)態(tài)間距約束：若任意的時(shí)刻t任意兩個(gè)液滴的位置是，則滿足：；
16、障礙物約束：任何時(shí)刻液滴均不可經(jīng)過障礙物所在位置；
17、實(shí)時(shí)性約束：cpu運(yùn)行時(shí)間在1s之內(nèi)。
18、進(jìn)一步的，基于所述液滴集合的起始位置、所述液滴集合的終止位置、障礙物集合和最小間距約束，利用液滴間距調(diào)整算法得到液滴初始位置的步驟中，包括：
19、基于所述布線區(qū)域構(gòu)建坐標(biāo)系；
20、根據(jù)所述液滴集合中每一個(gè)液滴的所述終點(diǎn)位置到所述布線區(qū)域的中心格的曼哈頓距離設(shè)定各個(gè)所述液滴的優(yōu)先級(jí)；其中，所述布線區(qū)域最中心的格子為所述中心格；
21、根據(jù)所述障礙物集合，在y軸方向上調(diào)整各個(gè)所述液滴的間隙，使各個(gè)所述液滴能夠從y方向上的間隙通過，以得到調(diào)整間隙后各個(gè)所述液滴的縱坐標(biāo)；其中，間隙至少為；
22、根據(jù)調(diào)整間隙后各個(gè)所述液滴的縱坐標(biāo)，得到調(diào)整位置后的所述液滴初始位置。
23、進(jìn)一步的，調(diào)整間隙后各個(gè)所述液滴的縱坐標(biāo)的表達(dá)式為：
24、
25、其中，為參考位置，為按照y坐標(biāo)從小到大排序后的序號(hào)，，為液滴之間的間隙，為偏移。
26、進(jìn)一步的，基于所述液滴初始位置和所述布線區(qū)域大小，利用液滴預(yù)設(shè)路徑搜索方法得到所有所述液滴的預(yù)設(shè)路徑的步驟中，包括：
27、設(shè)為的初始路徑，各個(gè)所述格子的沖突區(qū)域?yàn)椋蓴_值為搜索所述液滴的初始路徑時(shí)所述格子被所有的的沖突區(qū)域覆蓋的次數(shù)；其中，為第 i個(gè)液滴的初始路徑上的第 j個(gè)單位時(shí)間所處的位置，為第 i個(gè)液滴的初始路徑上的第 k個(gè)單位時(shí)間所處的位置；
28、針對(duì)一個(gè)所述液滴，基于所述液滴初始位置，利用bfs本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，其特征在于，該方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，其特征在于，獲取液滴集合的起始位置、所述液滴集合的終止位置、障礙物集合、最小間距約束和布線區(qū)域大小的步驟中，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，其特征在于，該方法的約束包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，其特征在于，基于所述液滴集合的起始位置、所述液滴集合的終止位置、障礙物集合和最小間距約束，利用液滴間距調(diào)整算法得到液滴初始位置的步驟中，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，其特征在于，調(diào)整間隙后各個(gè)所述液滴的縱坐標(biāo)的表達(dá)式為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，其特征在于，基于所述液滴初始位置和所述布線區(qū)域大小，利用液滴預(yù)設(shè)路徑搜索方法得到所有所述液滴的預(yù)設(shè)路徑的步驟中，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，其特征在于，該方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，其特征在于，獲取液滴集合的起始位置、所述液滴集合的終止位置、障礙物集合、最小間距約束和布線區(qū)域大小的步驟中，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，其特征在于，該方法的約束包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述有源像素陣列數(shù)字微流控生物芯片的液滴群布線方法，其特征在于，基于所述液滴集合的起始位置、所述液滴集合的終止位置、障礙物集合和最小間距約束，...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃興，徐浩洋，陳子陽，於志文，郭斌，何宗易，余備，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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